[发明专利]可用于制备模量加强橡胶的弹性体材料

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于制备复合橡胶的弹性体材料。

2.相关领域描述

已经将纤维填料掺入到塑料和弹性体中以便为聚合物制备的制品提供附加的强度，从而使诸如动力传动带的制品获得良好的表面接触性能，并且由于采用了低价填料而降低了化合物成本。已经通过加热聚合物使其软化并在研磨机或密炼机内充分混合聚合物和填料来将纤维填料添加到塑料和弹性体中。当把纤维掺入到某些弹性体中时，该方法存在固有的缺点。对于诸如由弹性体制备的动力传动带之类的制品的许多应用来说，重要的是需要将纤维掺入到弹性体中。一种用于商业规模化的方法是将未固化的固体弹性体与纤维填料在密炼机或橡胶磨内加以混合。混合通常持续约5至10分钟。此后，由于弹性体过热，必须将混合过程停止一段较长的时间。如果继续混合，弹性体会降解并导致弹性体的重要性能此显著降低和/或导致坯料烧焦。当弹性体和纤维的混合物过热时，必须冷却后才能继续混合。由于热量积聚，可能需要连续冷却多达六次。

此外，对橡胶进行持续加工会产生无用的烧焦产物，甚至无法进行充分混合，尤其是在冷却能力有限情况下在商用密炼机内与芳族聚酰胺纤维一起搅拌时。由于密炼机在将纤维掺入弹性体时需要较长时间，利用常规方法将纤维填料掺入弹性体既耗能又成本高昂。

发明概述

在一个实施方案中，本发明为用于制造复合橡胶产品的固体弹性体加强材料，其包含：

(a)由天然或合成胶乳凝结而成的弹性体材料；

(b)天然或合成的纤维填料，该纤维具有至少0.5分特的线密度、至少1.0克/分特的韧度、介于0.1和6mm之间的纤维长度、以及介于0.1至25平方米/克之间范围内的比表面积。

(c)模量增强添加剂，所述添加剂单独地或共同地选自酚醛树脂、丁基胶乳、苯乙烯丁二烯乙烯基吡啶胶乳、异氰酸酯、以及聚丁二烯与马来酸酐的加合物。

发明详述

向弹性体内加入对位芳族聚酰胺短纤维和纸浆会显著增加模量。工程弹性体(EE)为纸浆或短纤维在弹性体内的浓缩物，用于促进纸浆或纤维掺入弹性体并改善其在弹性体内的分散性。为E.I.du Pont de Nemours and Company(Wilmington，DE)(DuPont)的注册商标。然而，仍然需要能够以较低成本制造的更高强度、尤其是更高模量的材料。在一个实施方案中，本发明提供了一种方法，可以在工程弹性体(EE)制造过程中加入作为模量加强剂的促粘合树脂。本发明所用弹性体必须为胶乳形式。一般来讲，胶乳具有约25％至75％或甚至约35％至60％的固体含量。将常规的乳化试剂和弹性体单体(如氯丁二烯单体)与水和其他成分混合形成乳液，然后再聚合生成胶乳。胶乳颗粒由受乳化剂(如吸附在颗粒表面的松香皂)保护的弹性体聚集体组成。可用于本发明的方法中的代表性弹性体胶乳包括聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、天然橡胶、氟弹性体和聚异戊二烯。尤其优选聚氯丁二烯。

苯乙烯/丁二烯弹性体胶乳是本领域所熟知的并且也可以用于本发明。这些弹性体乳胶通过在40℃至60℃下聚合下列物质的乳液来制备：通常为60至75重量份的丁二烯、25至40重量份的苯乙烯、1至5重量份的乳化剂、0.1至1.0重量份的聚合催化剂、0.1至1.0重量份的改性剂、以及100至300重量份的水。

适用于本文的聚丁二烯弹性体可通过多种方法制备。一种此类合适的方法是由活性自由基R在乳液内引发的自由基聚合反应，其中自由基通过分解过氧化物、过硫酸盐或类似的自由基形成反应形成。

适用于本文的聚-1，4-异戊二烯弹性体包括天然橡胶(Hevea和Balata)和合成聚异戊二烯。合成聚异戊二烯可以为使用自由基在含水体系中引发的聚合反应所形成的乳液。合适的自由基引发剂为过硫酸钾或使用过氧化氢异丙苯-焦磷酸铁的氧化还原体系。分子量通过加入诸如十二硫醇的硫醇来控制。